Geflechtschlauchverstärkte Hohlfasermembran-Spinndüse mit 2 Löchern

Als MEM-TEK diese Spinndüse erwarb, konzentrierte sich das Unternehmen auf die Forschung und Entwicklung sowie Pilotversuche von „geflechtverstärkten Hohlfasermembranen“, die primär für die Behandlung von hochsalzhaltigem Industrieabwasser und die verbesserte Aufbereitung von Trinkwasser eingesetzt werden sollten. Zuvor traten bei Standard-Spinndüsen häufig Probleme wie ungleichmäßiger PVDF-Fluss, Korrosion im Düseninneren und Bruch der Führungsnadel auf. Diese Probleme beeinträchtigten die Stabilität der Membranleistungsdaten erheblich und verzögerten die Projektlaufzeiten. Daher legte MEM-TEK bei der Beschaffung der Trustech 2-Loch-Spinndüse für geflechtverstärkte Hohlfasermembranen vier auf ihre Anwendung zugeschnittene technische Kernanforderungen fest:

Erstens, Korrosionsbeständigkeit der Düsenmaterialien: Da PVDF-Sprays und Lösungsmittelformulierungen stark korrosiv sind, benötigte MEM-TEK eine langfristige Korrosionsbeständigkeit ohne Rostbildung oder Verschleiß im Inneren der Düse. (Bei der bisherigen Standard-Edelstahldüse traten bereits nach drei Monaten deutliche interne Verschleißerscheinungen auf, die zu Abweichungen des Membrandurchmessers von bis zu 15 % führten.) Die Trustech-Düse, hergestellt aus hochwertigem Edelstahl und wärmebehandelt, löste dieses Problem effektiv – nach einem Jahr Nutzung war die Innenfläche weiterhin glatt, und die Abweichung des Membrandurchmessers lag unter 4 %.

Zweitens: Festigkeit und Zuverlässigkeit der Flechtführungsnadel: Das Flechtrohr dient als Verstärkungsskelett der Hohlfasermembran und muss beim Spinnen die zentrale Führungsnadel passieren. Bisher neigte die Nadel nach etwa 500 Betriebsstunden zum Verbiegen oder Brechen, was häufige Austausche erforderlich machte; jeder Austausch verursachte 2–3 Stunden Ausfallzeit. Durch Strukturoptimierung und verfeinerte Fertigung erreichte Trustech innerhalb eines Jahres Betriebsdauer keine Verbiegungen oder Brüche und verbesserte die Anlagenverfügbarkeit um fast 7 %.

Drittens: Gleichmäßiger PVDF-Fluss zwischen den beiden Düsen: Die Zwei-Düsen-Konstruktion ermöglicht die gleichzeitige Produktion zweier Fasern und verbessert so die Effizienz der Pilotanlage. MEM-TEK forderte, dass die PVDF-Flussratendifferenz zwischen den Düsen maximal 5 % betragen darf. Eine Überschreitung dieses Schwellenwerts würde signifikante Unterschiede im Fluss und in der Faserabweisung verursachen und die Aussagekraft der Testdaten beeinträchtigen. Das Fluiddynamik-Team von Trustech optimierte die Strömungskanäle der Spinndüse mittels Simulation und Präzisionsbearbeitung auf einer 5-Achs-CNC-Maschine. Dadurch konnte die tatsächliche PVDF-Flussratendifferenz zwischen den Düsen innerhalb von 2 % gehalten und die Datengenauigkeit sichergestellt werden.

Viertens: Einhaltung der Konzentrizitätsstandards für Hohlfasern: Die Konzentrizität (Ausrichtung zwischen dem Geflechtrohr und der äußeren PVDF-Schicht) beeinflusst direkt die Druckbeständigkeit und Lebensdauer – eine unzureichende Konzentrizität führt zu dünnen Stellen, die unter Druck versagen können. MEM-TEK forderte eine Konzentrizität der Spinndüse von maximal 0,005 mm. Dank der präzisen Montage von Trustech (die sich in der Fertigungsgenauigkeit widerspiegelt: Montagekonzentrizität bis zu 0,003 mm) erfüllten alle mit dieser Spinndüse hergestellten Fasern die geforderte Konzentrizität und erhielten daher die volle Zustimmung des Forschungs- und Entwicklungsteams.

Nach einem Jahr Dauerbetrieb (Gesamtlaufzeit über 3.000 Stunden) zeigte die Spinndüse weiterhin hervorragende Leistung: Die produzierten Fasern wiesen einen stabilen Wasserfluss und eine hohe Rückhalterate auf, und die Spinndüse zeigte keinerlei ungewöhnlichen Verschleiß oder Korrosion. Um die Produktqualität zu würdigen, fotografierte MEM-TEK die Spinndüse im Normalbetrieb sowie die geprüften Fasern und erklärte, die Trustech-Spinndüse sei „zu einer Schlüsselkomponente geworden, die den reibungslosen Ablauf des Membranmaterial-Forschungs- und Entwicklungsprogramms von MEM-TEK ermöglicht“.

Im März 2017 teilte MEM-TEK mit, dass die 2-Loch-Spinndüse aufgrund des Projektfortschritts den Anforderungen des größeren Pilotmaßstabs nicht mehr gerecht werden könne. Aufgrund der mit der 2-Loch-Einheit aufgebauten Vertrauensbasis bestellten sie umgehend eine hocheffiziente 4-Loch-Spinndüse mit geflochtenem Rohr und verstärkter Hohlfasermembran. Diese musste mit den bestehenden PVDF-Verarbeitungsanlagen kompatibel sein und die gleiche hohe Präzision wie die 2-Loch-Spinndüse aufweisen. Trustech fertigte eine kundenspezifische 4-Loch-Spinndüse mit symmetrischem Strömungskanaldesign an. Sie wurde im April 2017 erfolgreich geliefert und ist seither stabil im Einsatz.